Nanomedizin: Viele Pharmaka landen im Trinkwasser

Die Nanomedizin macht Fortschritte.

Doch sie bringt auch Risiken.

Denn die winzigen Nanopartikel, die als Träger für Medikamente erforscht werden, könnten in Zukunft ihren Weg in Gewässer, Erdreich und die Luft finden.

Schon heute wandeln sich nahe Kläranlagen die Geschlechtsmerkmale von männlichen Fischen.

Die Fische bilden plötzlich weibliche Geschlechtorgane aus, „verweiblichen“ aufgrund von Östrogenen, die ungefiltert via Anti-Bebe-Pille in die Gewässer und damit auch in das Trinkwasser gelangen.

Empa-Forscher ergründen mögliche Risiken, welche zusätzlich die Nanomedizin bringen soll. 

Empa-Forscher ermitteln derzeit die Risiken einer relativ neuen Stoffklasse aus winzigen Materialien: Medikamente aus Nanomaterialien.

Bekannt ist bereits, daß manche herkömmlichen Pharmaka, nachdem sie eingenommen oder auf die Haut aufgetragen wurden, in die Umwelt gelangen.

In der Tierwelt können beispielsweise Hormon-ähnliche Stoffe zu dünnschaligen Vogeleiern, Fruchtbarkeitsstörungen bei Fischen und Populationseinbrüchen bei Ottern führen.

Kleine Partikel, große Aufgaben
Die Nanomedizin meldet indes bereits vielversprechende Erfolge mit neuen Medikamenten.

Mit Nano-Diamanten überwinden Mediziner die Blut-Hirnschranke, und mit Gold-Nanopartikeln kämpfen sie gegen Krebs.

Den winzigen Teilchen scheint keine Aufgabe zu groß.

Risiken: Man weiß wenig

Wenig weiß man hingegen bisher über die Risiken dieser Art von Nanomaterialien, sobald sie in die Umwelt gelangen.

Und anstatt daß die Pharmaindustrie verpflichtet wird, die Risiken zu erforschen, wird dies aktuell vom Steuerzahler finanziert.

Empa-Forscher um Bernd Nowack von der Abteilung «Technologie und Gesellschaft» in St. Gallen berechnen derzeit die Risiken dieser Nano-Medikamente.

Grenzwerte finden

Wie überall macht es – auch – die Dosierung.

Um aber die Risiken neuer Stoffe exakt abzubilden, ermitteln Forscher zunächst den Grenzwert, bei dem eine Substanz – nach aktuellem Forschungsstand – mutmaßlich keine schädigende Auswirkungen mehr hat, sowie die zu erwartende Freisetzung in die Umwelt.

Medikamente gelangen über Kläranlagen ins Trinkwasser

Diese Angaben sind allerdings nicht trivial, da hier zunächst das Schicksal des Medikaments im Körper und sein Weg bis in die Kläranlagen und von dort aus ins Wasser und damit in die Biosphäre ermittelt werden muß.

Und einmal in die Umwelt entlassen, verändern sich beispielsweise Polymere, indem sie durch biologische oder physikalisch-chemische Zersetzung zu kleineren Bausteinen zerlegt werden.

Neben pharmakologischen Studien nutzen die Forscher hierzu die Analyse von Materialflüssen und mathematische Umweltmodelle.

«Für die meisten Nanobiomaterialien sind bisher keine verläßlichen Schätzungen über die Menge der freigesetzten Partikel vorhanden», sagt Nowack.

Diese Wissenslücken seien unbedingt zu schließen.

Nano-Gold unproblematisch

Wenig erstaunlich ist natürlich, daß Goldnanopartikel kein Risiko sind.

Trotzdem wurde es mit Steuergeldern untersucht.

«Derzeit kann man davon ausgehen, daß Nano-Gold in medizinischen Anwendungen keine Probleme verursacht», heißt es seitens der Empa.

In der neuen Studie analysierte Nowacks Team nun weitere Nanomaterialien, die in der Medizin eingesetzt werden.

Interessant sind Partikel zwischen 1 und 100 Nanometern Größe, weil sie verhältnismäßig leicht herzustellen sind und beispielsweise für medizinische Bildgebungsverfahren, antimikrobielle Beschichtungen oder für die Arzneimittelfreisetzung eingesetzt werden können.

Unter den bisher verwendeten Substanzen ließen sich aufgrund vorhandener Daten nun erstmals einige häufig verwendete Nanomaterialien untersuchen:

Darunter war beispielsweise Nano-Chitosan, ein Abkömmling eines natürlich vorkommenden Vielfachzuckers, der im Panzer von Krustentieren enthalten ist und die Wundheilung unterstützt. Weitere analysierte Substanzen waren Polyacrylonitril, kurz PAN, das in der antibakteriellen Therapie genutzt wird, sowie Hydroxyapatit (HAP), ein natürliches Mineral.

Auf HAP setzt die Medizin beispielsweise im Zusammenhang mit Medikamentenfreisetzung oder der Regeneration von Knochengewebe.

Bei den Analysen stellte sich heraus, dass Chitosan in seiner herkömmlichen Form, sobald es ins Süßwasser gelangt, stärker giftig auf Wasser-Mikroorganismen wirkt als in seiner Nanoform. Nano-Chitosan ist demnach sogar weniger gefährlich für aquatische Lebewesen. Damit lag das Nano-Polymer mit dem Ausmaß seiner Schadwirkung auch deutlich hinter konventionellen Medikamenten, die in die Umwelt gelangen, etwa Antibiotika oder Schmerzmittel.

Das Nano-Polymer PAN und das mineralische HAP schnitten sogar noch günstiger ab. «Diese Substanzen sind im Wasser quasi als nicht toxisch einzustufen», so Nowack.

Anders sieht es allerdings für Nano-Silber aus, das in der Medizin für seinen antibakteriellen Effekt geschätzt wird.

Was aber bei der Behandlung von Krankheiten erwünscht ist, ist in der Umwelt problematisch: In der Biosphäre wirkt das anorganische Nanomaterial ebenfalls giftig auf Mikroorganismen, die allerdings wichtig für die Balance in einem Ökosystem sein können.

Riesige Oberfläche

«Es ist davon auszugehen, daß sich die biologischen, chemischen und physikalischen Eigenheiten vieler Nanomaterialien möglicherweise deutlich von den Eigenschaften anderer Medikamente unterscheiden», sagt Nowack.

Grund sei unter anderem die außerordentlich hohe Anzahl der Substanzpartikel sowie deren in der Summe vielfach größere Oberfläche.

Wichtig sei, daß es derzeit zwar gelingen würde, die Umweltgefährdung durch bestimmte Substanzen zu bewerten.

Für komplette Risikoanalysen müßte aber erst ermittelt werden, wie stark Flora und Fauna – und letztlich der Mensch – mit den Nanomaterialien in Kontakt kämen.

Diese Expositionsdaten der verhältnismäßig jungen Stoffklasse der Nanomedikamente erarbeitet das Team derzeit innerhalb des «BIORIMA»-Projekts.

Pharmaindustrie wird mit Steuergeldern subventioniert

Anstatt daß die nicht gerade unter Geldmangel leidende Pharmaindustrie per Auflage verpflichtet wird, die Gefahren von Nanopartikeln im Trinkwasser infolge von Medikamenteneinnahmen selbst zu ermitteln wird dies vom Steuerzahler finanziert.

Die ermittelten Daten fließen darüber hinaus in den Prozeß der Entwicklung neuer Medikamente ein.

Empa-Forscherin Claudia Som verweist hierzu auf den «Safe by design»-Ansatz:

«Wir haben Richtlinien für KMU erarbeitet, mit denen sich risikobehaftete Nanobiomaterialien frühzeitig im kostspieligen Entwicklungsprozeß aussortieren lassen», so Som.